NO311188B1 - Hydraulisk ventilstyring - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en hydraulisk styringsenhet og en hydraulisk stempelpumpe ifølge kravinnledningene.

Slike ventilstyringer erstatter de mekaniske styringene med hevarmsystemer f.eks. støtstenger for innsugnings- og/eller utblåsningsventiler fra motorer. Mekaniske styringer undergår slitasje på de mekaniske delene til styringen og må skiftes ut relativt ofte. Dessuten tillater hydrauliske styringer en forandring av styretidene med relativt enkle midler. Spesielt kritisk og innviklet er denne innstillingen på motorer med mer enn en innsugnings- og/eller utblåsningsventil.

Det er viktig at de f.eks. to innsugnings- hhv utblåsningsventilene til en sylinder åpner og lukker synkront. Med en hydraulisk ventilstyring støter som regel et såkalt ventilstempel mot ventilstammen som blir trykket mot ventilstempelet med fjærkraft.

Spesielt på store dieselmotorer kan ved fremstillingen av ventilsetene i sylinderdekslet og spesielt ved sliping av ventil og ventilsete oppstå små avvik som kan føre til forskjellige lengder på ventilstammene. Forskjellene kan ligge i området -1/+3 mm. Dette avviket ligger i størrelsesordenen til demperens neddykkingsdybde, noe som kunne føre til store avvik og forskjeller ved lukking av ventilene. Økningen av fabrika-sjonsnøyaktigheten og reduksjon av fabrikasjonstoleransene kunne riktignok gi en viss bedring men lar seg på grunn av omkostningene ikke forsvare. Selv da måtte man regne med visse forskjeller som ville være forstyrrende ved lukkingen av ventilene.

Oppgaven for oppfinnelsen er det å skape et en hydraulisk ventilstyringsenhet som under de gitte betingelsene som sikrer den sikre synkrone åpningen og lukkingen av innsugnings- eller utblåsningsventiler.

Hva angår oppfinnelsen er en slik hydraulisk ventilstyring beskrevet med karakteristikkene i krav 1. Underkravene angår fordelaktige videreutforminger av oppfinnelsen. Ventilstyringen kan med fordel drives med en hydraulisk stempelpumpe og med det hydrauliske ledningssystemet i krav 6-7. Krav 8-9 angår fordelaktige utforminger av stempelpumpen med ledningssystemet.

Med den hydrauliske styringsenheten som angår oppfinnelsen kan to eller flere ventiler betjenes synkront. Styringene for hver av ventilene er på denne måten uavhengig av hverandre, i det forskjeller i friksjonsmotstanden til hver enkelt ventil ikke har noen innflytelse på synkroniseringen. Forskjellen i lengden på ventilstammene blir utlignet og forandringer av lengdene til ventilstammene under drift blir løpende kompensert. Demperinnretningene sørger for at synkroniseringsstemplene til den hydrauliske styringsenheten og dermed også ventilene settes dempet i ventilsetene. Den høye veksel-belastningen ved udempede anslag blir unngått. Dermed blir levetiden for ventilseter og ventiler økt. Videre blir ved den dempede lukkingen også det såkalte pirring, dvs dannel-sen av fordypninger i tetningsflaten til ventilene forhindret. Men den hydrauliske styringen tillater også å forlenge lukningsforløpet til ventilen i tid innen visse grenser.

Man skal være oppmerksom på at også andre hydrauliske trykkilder enn den hydrauliske stempelpumpen ifølge krav 6-9 kan passe som styring for den hydrauliske ventilstyringen. Eksempelvis kan også kjente hydrauliske høytrykksystemer under be-tegnelsen "Common rail system" passe, hvor høytrykksvæske, fra et høytrykksvæskesystem over elektromagnetisk styrte ventiler blir tilført den hydrauliske styringen og den hydrauliske væsken fra den hydrauliske styringen som renner tilbake til reservoaret til høytrykksvæskesystemet blir tilbakeført. Ved anvendelsen av "Common rail" systemer er det en fordel å forutsette en demperinnreming også på forsiden, dvs på den siden av trinnene til synkroniseringsstempelet for å dempe støtet på sylinderdekslet. I en annen utforming for "Common rail"-systemet kan det for ventilstemplene i åpningsretningen til ventilene være forutsett demperinnretninger.

Oppfinnelsen blir i det følgende nærmere forklart ved hjelp av de skjematiske figurene som viser utformingseksempler for oppfinnelsen. Det vises i figur 1 en hydraulisk styringsenhet ifølge oppfinnelsen til betjening av to ventiler i et skjematisk snitt, figur 2 et diagram som viser stillingen til ventilene avhengig av rådeakselvinkelen for en firetaktsmotor, figur 3 en hydraulisk stempelpumpe med et hydraulisk ledningssystem for drift av den hydrauliske styringen ifølge oppfinnelsen, figur 4 et diagram, som viser forløpet til ventilstillingen (øvre kurve) og forløpet til stempelstillingen til stempelet i stempelpumpen (nedre kurve) avhengig av rådeakselvinkelen hhv kamvinkelen og som anskueliggjør muligheten for forsinkelsen av lukningsforløpet til ventilen i forhold til styringspumpens arbeidsgang.

Figur 1 viser en hydraulisk styring som angår oppfinnelsen for eksempelvis begge innsugningsventilene 11 og 1F i en dieselmotor hvor ventilsetene 111 og 111' er innarbeidet i sylinderdekslet 10 (bare delvis vist). De to stammene 112, 112' har hver en krave 113, hhv 113' hvor det hviler en ventilfjær 115, hhv 115' på hver av dem. Den andre enden av ventilfjærene 115, 115' hviler på sylinderdekslet 10.

Den hydrauliske styringen for ventilene 11, 11' har videre et synkroniseirngsstempel 12 som her er formet som rrinnstempel. Hvert av trinnene 121 og 122 beveger seg i et kammer 1210 hhv 1220. Synkroniseringsstempelet 12 er formet slik at ved en forskyvning vil det i hvert av kamrene 1210 og 1220 bli samme volumforandring. Så snart den hydrauliske væsken kan renne tilbake fra sylinderrommet 120 gjennom ledningen 1200 til den hydrauliske stempelpumpen 31 blir synkroniseringsstempelet 121 skjøvet av ventilfj ærene 115, 115' over ventilstemplene 13, 13' og deres hydrauliske forbindelsesledning i retning mot utgangsposisjonen. Som følge av væsketap (spalte) denne muligens ikke nådd helt, slik at fjæren 1211 som befinner seg i kammeret 1210 skyver synkroniseringsstempelet helt tilbake til utgangsposisjonen.

For å forhindre at synkroniseringsstempelet 12 støter for sterkt mot sylinderbunnen 123 er enden av sylinderen til synkroniseringsstempelet 12 formet slik at de sammen danner en demper 124. Demperen 124 hemmer tilbakeløpet av hydraulikkolje til ledningen 1200 og forminsker dermed tilbakeløpsmengden pr tidsenhet.

Dempningen av sammenstøtet til synkroniseringsstempelet 12 mot sylinderbunnen 123 fører til at også ventilene 11, 11' treffer ventilsetene 111, 111' dempet.

Når begge ventilstemplene 13 og 13' er like store og de korresponderende aktive flatene 125, 125' på synkroniseringsstempelet 12 er like store så beveger begge ventilstemplene 13, 13' seg ved bevegelse over en viss veilengde like langt. Ventilstammene 112, 112' blir dermed beveget synkront. Synkron skal i det foreliggende skrivet bety samtidig og med samme bevegelse over den samme veilengden.

Det er naturligvis mulig med andre konfigurasjoner av synkroniseirngsstempler og ventilstempler hvor de aktive flatene 125, 125' til synkroniseringsstempelet ikke er like store. Det vesentlige er bare at forskyvningsvolumene i hvert kammer 1210 hhv 1220 for synkroniseringsstempelet 12 er avstemt slik til sylinderen 130 hhv 130' for ventilstemplene 13 h.h.b. 13' og dermed også ventilene 11,11' utfører det samme slaget.

Gjennom begge tilmatningsledningene 114, 114' blir den hydrauliske kretsen tilført hydraulisk væske for å kompensere ev. tap ved lekkasjestrømmer. Med enveis ventilene 1141 og 1141' blir tilbakeløpet av hydraulikkolje forhindret. Men tilfør-selen av hydraulikkolje til systemet har også til følge at ventilstemplene til enhver tid er i berøring med endene av ventilstammene 112, 112., uavhengig av eventuelle forskjellige lengder (avstanden fra ventilstammeende til sylinderdekslet) H, hhv H' for ventilstammene 112,112'.

Andre muligheter for å utligne tap ved oljelekkasje består f.eks. i å føre tapsmengden over en utboring i synkroniseringsstempelet 12 som forbinder trykkammer 120 med kamrene 1210, 1220. For å holde påvirkningen mellom kamrene tilstrekkelig liten er det mellom dem plassert <*>drosler i kanalene. I en annen anordning kunne utboringene, for tilførsel av hydraulikkolje for å utligne tap ved lekkasje, forløpe i huset og være ført til hvert av kamrene.

Figur 2 viser et eksempel på forløpet av åpning og lukning av en ventil i en firetakts dieselmotor avhengig av rådeakselvinkelen. Ventilen er åpen over en rådeakselvinkel som ligger mellom ca. 180° og 250°. Etter lukking av ventilen hviler ventilen 11,11' i hvilestillingen dvs i lukket stilling R til den igjen blir åpnet. Varigheten av lukningen ligger etter dette mellom 470° og 540° for rådeakselvinkelen. Ettermatingen av hydraulikkolje i systemet foregår gjennom tilmatningsledningene når ventilene 11,11' befinner seg i hvilestillingen R.

De hydrauliske stempelpumpene som er vist skjematisk i figur 3 tjener til styring av synkroniseringsstempelet til den hydrauliske styringen i f.eks. figur 1. Anordningen består i alt vesentlig av en stempelpumpe 31 for transport av hydraulikkolje. Fra denne stempelpumpen fører hovedledningen 32 med enveisventilen 321 til en styring slik den f.eks. er vist i figur 1.

Bypass-ledningen 33 overstyrer enveisventilen 321 og munner ut i sylinderrommet 310 til stempelet 31. Bypassledningen 34 overstyrer likedan enveisventilen 321 men munner ut i hovedledningen 32 med begge endene. I bypass 34 er den styrbare ventilen 341 innebygget som eksempelvis blir koblet over trykkluftstilkoblingen 342.

Den styrbare ventilen 341 kunne også være en hydraulisk, elektromagnetisk eller en annen styrbar ventil. Bypassledningen 34 kan bortfalle når eksempelvis enveisventilen 321 i hovedledningen kan blokkeres i åpen tilstand.

Tilmatningsledningen 35 tjener til tilførselen av hydraulisk væske som i det hydrauliske systemet mangler på grunn av lekkasjer. Den har en enveisventil 351. Overskytende hydraulikkolje kan igjen tilbakeføres gjennom bypass 352 til tilmatningsledningen. Stempelet til stempelpumpen 31 blir f.eks. betjent med en kam (ikke vist).

I det etterfølgende blir funksjons- og virkemåten til den hydrauliske stempelpumpen med ledningssystemet 3 forklart.

Styringstrykket i styringsledningen 342 er koblet på. Ved transportslaget til pumpestempelet 311 foregår følgende: Etter avslutning av 3512 med stempelet 311 blir hydraulikkvæsken transportert over veien 33, 32 34 til den hydrauliske styringen for ventilbetjeningen. Senere blir tilkoblingen 332 til bypass 33 lukket, strømmen av hydraulikkolje foregår videre over 32 og 34.

Ved nedoverslaget til pumpestempelet 311 foregår følgende: Gjennom tilbakeslagsventilen blir hovedledningen 32 lukket. Bypass 33 er fremdeles lukket av stempelet 311 over utboringen 332. Men bypass 34 er åpen og lukkebevegelsen til det styrte synkroniseringsstempelet følger stempelet 311. Forløpet er vist i den øvre delen av figur 4 med den heltrukne kurven 41.

Styringstrykket i styrmgsledningen 342 er avslått, dvs at bypass 34 er lukket. Ved transportslaget til pumpestempelet 311 foregår følgende: Etter avslutningen av 3512 med stempelet 311 blir hydraulikkvæsken transportert over veien 33, 32 til den hydrauliske styringen til ventilbetjeningen. Senere blir tilkoblingen 332 til bypass 33 lukket, strømmen av hydraulikkolje foregår videre over 32.

Ved nedoverslaget til pumpestempelet 311 foregår følgende: Gjennom tilbakeslagsventilen blir hovedledningen 32 lukket. Bypass 33 er lukket av stempelet 311 over utboringen 332. Bypass 34 er likeledes lukket. Det styrte hydrauliske synkroniseringsstempelet 121 følger ikke stempelet 311 så lenge tilkoblingen 332 til bypass 33 fra stempelet 311 er lukket. Stempelet 311 beveger seg altså nedover, først uten at ventilene som er åpnet av synkroniseringsstempelet 12 (figur 1) beveger seg.Forløpet ti lukningskurven er vist i den øvre delen av figur 4 med den stiplede linjen 42.

Økningen av systemvolumet blir utlignet ved tilførselen av hydraulikkvæsk gjennom tilmatningsledningen 35. Som regel er det tilstrekkelig med et trykk på f.eks..' til 8 bar i tilmatningsledningen. Så snart stempelet 311 begynner å åpne utboringen 33! kommer det til en tilbakeløpsstrøm gjennom bypass 33. Ventillukningsbevegelsei begynner nå og blir kontrollert av nedoverbevegelsen til stempelet 311. Nær det nedr vendepunktet til stempelet 311 blir utboringen 3512 åpnet. Lukkebevegelsen foregår n "ukontrollert". For å forhindre en hård lukking av ventilene trer nå demperen 124 p synkroniseringsstempelet i aksjon (figur 1).

Lukningsforløpet 42 til ventilen er tegnet inn stiplet i figur 4. Kurven 40 i de nedre diagrammet i figur 4 viser forløpet til slaget til stempelet 311 i en anordning ifølg figur 3. Punktet 44 på den nedre kurven 40 som viser forløpet til bevegelsen til stempele 311 over rådeakselvinkelen, tilsvarer posisjonen til stempelet 311, hvor ved tilbakeløpe til stempelet 311 frigir utboringen 332, slik at hydraulikkolje kan strømme tilbake. Nå lukningsforløpet til ventilene 11, 11' skal begynne, før denne posisjonen 44 til stempek er nådd, så kan dette oppnås med åpningen av ventilen 341.

Den hydrauliske styringen 1 passer for to eller flere ventiler 11, 11' i e motorsylinder, spesielt innsugningsventilene 11, 11' eller utblåsninsventilene til en ste dieselmotor. Et hydraulisk synkroniseringsstempel 12, 121 har for hver ventil som sk< styres et styringskammer 1210, 1220, som styrer et ventilstempel 13, 13' hver for hvt ventil 11, 11' som skal styres, slik at ventilstemplene 13, 13' beveger seg synkront o med samme slag. En dempningsinnretning 124 demper tilbakeløpet t synkroniseringsstempelet 12 til sin utgangsposisjon. Med en hydraulisk innretning 1 bl forskjellene i lengden H, H' til stammene 112, 112' til ventilene 11,11' utlignet.

Claims (10)

1. Hydraulisk styringsenhet (1) for to eller flere ventiler (11, 11') i en motorsylinder, især innsugningsventilene til en stor dieselmotor, karakterisert ved at et hydraulisk synkroniseringsstempel (12, 121) for hver drevet ventil (11, 11') har et driftskammer (1210, 1220) med hvert sitt ventilstempel (13, 13') for hver drevet ventil (11, 11') slik at ventilstemplene (13, 13') beveger seg synkront, at en dempmngsinnretning (124) er innrettet til å dempe synkroniseringsstempelets (12) og ventilenes (11, 11') returbevegelse til utgangsposisjonen, og at en hydraulisk innretning (1) er innrettet til å utligne forskjellene i lengde (H, H') på stammene (112,112') som blir styrt med den hydrauliske styringsenheten (1) med to eller flere ventiler (11, 11').

2. Hydraulisk styringsenhet (1) ifølge krav 1, karakterisert ved at dempningsinnretningen for demping av returbevegelsen til synkroniseringsstempelet (12) har en innretning til redusering (124) av strømningstverrsnittet til det tilbakestrøm-mende hydrauliske styringsmidlet.

3. Hydraulisk styringsenhet (1) ifølge krav 2, karakterisert ved at innretningen (124) til redusering av strømningstverrsnittet dannes av formen på styringssiden til synkroniseringsstempelet (121) og veggen til stempelsylinderen.

4. Hydraulisk styringsenhet (1) ifølge foregående krav, karakterisert ved at den hydrauliske innretningen til utligning av forskjellen i lengdene (H, H') har en innmatnmgsinnretning (114, 114') for hydraulisk væske.

5. Hydraulisk styringsenhet (1) med et styringsstempel for frem- og tilbakeløpet til synkroniseringsstempelet i en hydraulisk styringsenhet ifølge foregående krav, karakterisert ved at med en hydraulisk koblingsanordning (3) til forsinkelse av returbevegelsen til synkroniseringsstempelet (12) til utgangsstillingen, sammenlignet med returbevegelsen til styringsstempelet (311) til sin utgangsstilling og derved tilba-kestrømningen for den hydrauliske væsken til sylinderrommet (310) i sylinderen til styringsstempelet (311).

6. Hydraulisk stempelpumpe (31) for styringen til en hydraulisk styringsenhet ifølge foregående krav, karakterisert ved at den omfatter en hydraulisk stempelpumpe for drift av synkroniseringsstempelet (12, 121), et hydraulisk ledningssystem (32, 33, 34, 35, 352) for frem- og tilbakeføringen av hydraulisk væske med stempelpumpen (31) for styring frem og tilbake, med en hovedledning (32) med en enveisventil (321) som forhindrer tilbakestrørnning av væske til pumpesylinderen (310) og med en bypass-ledning (34) med en ventil (341) som kan kobles, som overstyrer enveisventilen (321) i hovedledningen (32), og også med en side-frem- og tilbakeledning (33) som likedan overstyrer enveisventilen (321) i hovedledningen (32) og som gjennom sylinderveggen (332) til den hydrauliske stempelpumpen (31) munner ut i sylinderrommet (310) til stempelpumpen (31).

7. Hydraulisk stempelpumpe (31) for styringen til en hydraulisk styringsenhet ifølge krav 1-5, karakterisert ved at den omfatter en hydraulisk stempelpumpe for drift av synkroniseringsstempelet (12, 121), et hydraulisk ledningssystem (32, 33, 34, 35, 352) for frem- og tilbakeføringen av hydraulisk væske med stempelpumpen (31) for styring frem og tilbake, med en hovedledning (32) med en enveisventil (321) som valgfritt kan holdes i åpen stilling, og som forhindrer tilbakeløpet av væske til pumpesylinderen (310) i ikke-blokkert tilstand, og en side-frem- og tilbakeledning (33) som overstyrer enveisventilen (321) i hovedledningen (32) og som gjennom sylinderveggen (332) til den hydrauliske stempelpumpen (31) munner ut i sylinderrommet (310) til stempelpumpen (31).

8. Hydraulisk stempelpumpe (31) ifølge krav 6-7, karakterisert ved at tilførselsanordning (35, 352) for hydraulisk væske fra og til et reservoar med en tilførselsledning (35) med en enveisventil (351) som forhindrer tilbakesfrømning av hydraulisk væske til reservoaret og med en frem- og tilbakeledning (352) som overstyrer tilførselsledningen (35) og som munner ut i området til det nedre vendepunktet i sylinderrommet (310, 3512) til stempelpumpen (311).

9. Hydraulisk stempelpumpe (311) ifølge krav 8, karakterisert ved at tilførselsledningen (35) munner ut i området ved det øvre vendepunktet i sylinderrommet (310), at frem- og tilbakeledningen (352,3512) munner ut i området ved det nedre vendepunktet i sylinderrommet (310), og side-frem- og tilbakeløpsledningen (33) fra den hydrauliske styringsenheten munner ut i en høyde som ligger i mellom (332) i sylinderrommet (310).

10. Store dieselmotorer med en hydraulisk styringsenhet (1) for sylinder-innsugnings- (11, 11') eller utblåsningsventiler ifølge foregående krav.